ian第四章硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)課件ppt課件

1、第四章：第四章：硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì) 4.1 根底太陽(yáng)能根底太陽(yáng)能 電池設(shè)計(jì)電池設(shè)計(jì) 4.2 光學(xué)設(shè)計(jì)光學(xué)設(shè)計(jì) 4.3 復(fù)合效應(yīng)的復(fù)合效應(yīng)的 降低降低 4.4 電阻損耗電阻損耗 4.5 太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池 的構(gòu)造的構(gòu)造 太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)包括明確電池構(gòu)造的參數(shù)以使太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)包括明確電池構(gòu)造的參數(shù)以使轉(zhuǎn)換效率到達(dá)最大，以及設(shè)置一定的限制條件。這些轉(zhuǎn)換效率到達(dá)最大，以及設(shè)置一定的限制條件。這些條件由太陽(yáng)能電池所處的制造環(huán)境所決議。例如，假條件由太陽(yáng)能電池所處的制造環(huán)境所決議。例如，假設(shè)用于商業(yè)，即以消費(fèi)最具價(jià)錢優(yōu)勢(shì)的電池為目的，設(shè)用于商業(yè)，即以消費(fèi)最具價(jià)錢優(yōu)勢(shì)的電池為目的，那

2、么需求著重思索制造電池的本錢問(wèn)題。然而，假設(shè)那么需求著重思索制造電池的本錢問(wèn)題。然而，假設(shè)只是用于以獲得高轉(zhuǎn)換效率為目的的實(shí)驗(yàn)研討，那么只是用于以獲得高轉(zhuǎn)換效率為目的的實(shí)驗(yàn)研討，那么主要思索的便是最高效率而不是本錢。主要思索的便是最高效率而不是本錢。 4.1.1 根底太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)根底太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì) 4.1.1 根底太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)根底太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)硅太陽(yáng)能電池效率的演化硅太陽(yáng)能電池效率的演化 4.1.1 根底太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)根底太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì) 實(shí)際上，光伏電池的最高轉(zhuǎn)換效率能到達(dá)實(shí)際上，光伏電池的最高轉(zhuǎn)換效率能到達(dá)90%以上。然而，以上。然而，這一數(shù)字的獲得是以幾個(gè)假設(shè)為前提的，這些假設(shè)在實(shí)踐上

3、很這一數(shù)字的獲得是以幾個(gè)假設(shè)為前提的，這些假設(shè)在實(shí)踐上很難或根本不能夠到達(dá)，至少在現(xiàn)今人類的科技程度和對(duì)器件物難或根本不能夠到達(dá)，至少在現(xiàn)今人類的科技程度和對(duì)器件物理的了解上很難到達(dá)。對(duì)于硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，其在一個(gè)太陽(yáng)理的了解上很難到達(dá)。對(duì)于硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，其在一個(gè)太陽(yáng)照射下，比較實(shí)踐的實(shí)際最高效率值大約為照射下，比較實(shí)踐的實(shí)際最高效率值大約為26%-28%?，F(xiàn)今實(shí)。現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的硅太陽(yáng)能電池的最高效率為驗(yàn)室測(cè)得的硅太陽(yáng)能電池的最高效率為24.7%。 實(shí)際值與實(shí)踐丈量值之間的差距主要來(lái)自兩個(gè)方面要素。實(shí)際值與實(shí)踐丈量值之間的差距主要來(lái)自兩個(gè)方面要素。首先，在計(jì)算實(shí)際最大效率時(shí)，人們假設(shè)一切

4、入射光子的能量首先，在計(jì)算實(shí)際最大效率時(shí)，人們假設(shè)一切入射光子的能量都被充分利用了，即一切光子都被吸收，并且是被禁帶寬度與都被充分利用了，即一切光子都被吸收，并且是被禁帶寬度與其能量相等的資料吸收了。為了獲得這種實(shí)際效果，人們想出其能量相等的資料吸收了。為了獲得這種實(shí)際效果，人們想出一種由無(wú)限多層資料禁帶寬度不同的電池疊加在一同的模型，一種由無(wú)限多層資料禁帶寬度不同的電池疊加在一同的模型，每一層都只吸收能量與其禁帶寬度相等的光子。每一層都只吸收能量與其禁帶寬度相等的光子。 第二個(gè)要素是假設(shè)入射光有高聚光比。并假設(shè)溫度和電阻第二個(gè)要素是假設(shè)入射光有高聚光比。并假設(shè)溫度和電阻效應(yīng)對(duì)聚光太陽(yáng)能電池的

5、影響很小，而光強(qiáng)的添加能適當(dāng)添加效應(yīng)對(duì)聚光太陽(yáng)能電池的影響很小，而光強(qiáng)的添加能適當(dāng)添加短路電流。由于開(kāi)路電壓短路電流。由于開(kāi)路電壓VOC受短路電流的影響，受短路電流的影響，VOC隨著光隨著光強(qiáng)呈對(duì)數(shù)上升。再者，由于填充因子也隨著強(qiáng)呈對(duì)數(shù)上升。再者，由于填充因子也隨著VOC的提高而提高，的提高而提高，所以填充因子同樣隨著光強(qiáng)的添加而提高。因光強(qiáng)的添加而額所以填充因子同樣隨著光強(qiáng)的添加而提高。因光強(qiáng)的添加而額外上升的外上升的VOC和和FF使聚光太陽(yáng)能電池獲得更高的效率。使聚光太陽(yáng)能電池獲得更高的效率。 為獲得最高效率，在設(shè)計(jì)單節(jié)太陽(yáng)能電池時(shí)，應(yīng)留意幾項(xiàng)為獲得最高效率，在設(shè)計(jì)單節(jié)太陽(yáng)能電池時(shí)，應(yīng)留意

6、幾項(xiàng)原那么：原那么： 1. 提高能被電池吸收并消費(fèi)載流子的光的數(shù)量。提高能被電池吸收并消費(fèi)載流子的光的數(shù)量。 2. 提高提高pn結(jié)搜集光生載流子的才干。結(jié)搜集光生載流子的才干。 3. 盡量減小黑暗前置電流。盡量減小黑暗前置電流。 4. 提取不受電阻損耗的電流。提取不受電阻損耗的電流。 4.1.1 根底太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)根底太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)被頂端被頂端電極所電極所阻撓阻撓外表反射外表反射被電池的反面反射被電池的反面反射 光的損耗主要以降低短光的損耗主要以降低短路電流的方式影響太陽(yáng)能電路電流的方式影響太陽(yáng)能電池的功率。被損耗的光包括池的功率。被損耗的光包括本來(lái)有才干在電池中產(chǎn)生電本來(lái)有才干在電池中產(chǎn)生電

7、子空穴對(duì)，但是被電池外表子空穴對(duì)，但是被電池外表反射走的光線。對(duì)于大多數(shù)反射走的光線。對(duì)于大多數(shù)太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，一切的可太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，一切的可見(jiàn)光都能產(chǎn)生電子空穴對(duì)，見(jiàn)光都能產(chǎn)生電子空穴對(duì)，因此它們都能被很好地吸收。因此它們都能被很好地吸收。 4.2.1 光學(xué)特性光學(xué)特性 光的損耗光的損耗 有很多減少光損失的方法：有很多減少光損失的方法：盡量使電池頂端電極覆蓋的面積到達(dá)最小雖然這樣能夠?qū)ПM量使電池頂端電極覆蓋的面積到達(dá)最小雖然這樣能夠?qū)е麓?lián)電阻的添加。這一點(diǎn)在串聯(lián)電阻一節(jié)中有詳細(xì)討致串聯(lián)電阻的添加。這一點(diǎn)在串聯(lián)電阻一節(jié)中有詳細(xì)討論論 。在電池上外表加減反射膜在電池上外表加減反射膜外表制絨外

8、表制絨添加電池的厚度以提高吸收雖然任何在與添加電池的厚度以提高吸收雖然任何在與pn結(jié)的間隔結(jié)的間隔 大于大于分散長(zhǎng)度的區(qū)域被吸收的光，都因載流子的復(fù)合而對(duì)短路分散長(zhǎng)度的區(qū)域被吸收的光，都因載流子的復(fù)合而對(duì)短路電流沒(méi)有奉獻(xiàn)電流沒(méi)有奉獻(xiàn)經(jīng)過(guò)外表制絨與光圈套的結(jié)合來(lái)添加電池中光的途徑長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)外表制絨與光圈套的結(jié)合來(lái)添加電池中光的途徑長(zhǎng)度 4.2.1 光學(xué)特性光學(xué)特性 光的損耗光的損耗 加在太陽(yáng)能電池上外表的減反射膜與在其他加在太陽(yáng)能電池上外表的減反射膜與在其他光學(xué)器件如相機(jī)鏡頭上的膜類似。它們包含光學(xué)器件如相機(jī)鏡頭上的膜類似。它們包含了一層很薄的介電資料層，膜的厚度經(jīng)過(guò)特殊設(shè)了一層很薄的介電資料層，

9、膜的厚度經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，光在膜間發(fā)生干涉效應(yīng)，防止了像在半導(dǎo)體計(jì)，光在膜間發(fā)生干涉效應(yīng)，防止了像在半導(dǎo)體外表那樣被反射出去。這些防止被反射出去的光外表那樣被反射出去。這些防止被反射出去的光與其它光發(fā)生破壞性干擾，導(dǎo)致被反射出電池的與其它光發(fā)生破壞性干擾，導(dǎo)致被反射出電池的光強(qiáng)為零。除了減反射膜，干涉效應(yīng)還能在水面光強(qiáng)為零。除了減反射膜，干涉效應(yīng)還能在水面上的油膜上看到，它能產(chǎn)生彩虹般的彩色帶。上的油膜上看到，它能產(chǎn)生彩虹般的彩色帶。 4.2.2 光學(xué)特性光學(xué)特性 減反射膜減反射膜 4.2.2 光學(xué)特性光學(xué)特性 減反射膜減反射膜運(yùn)用厚度為四分之一波長(zhǎng)的減反射膜來(lái)減少外表反射。運(yùn)用厚度為四分之一波長(zhǎng)

10、的減反射膜來(lái)減少外表反射。(a)破壞性破壞性干涉導(dǎo)致干涉導(dǎo)致反射光為反射光為零零(b)建立性建立性干涉導(dǎo)致干涉導(dǎo)致一切的光一切的光都被反射都被反射一切光一切光傳入半傳入半導(dǎo)體導(dǎo)體沒(méi)有光沒(méi)有光傳入半傳入半導(dǎo)體導(dǎo)體 減反射膜的厚度經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，剛好為入射光波減反射膜的厚度經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，剛好為入射光波長(zhǎng)的四分之一。計(jì)算過(guò)程如下，對(duì)于折射率為長(zhǎng)的四分之一。計(jì)算過(guò)程如下，對(duì)于折射率為n1的薄的薄膜資料，入射光真空中的波長(zhǎng)為膜資料，入射光真空中的波長(zhǎng)為0，那么使反射最小，那么使反射最小化的薄膜厚度為化的薄膜厚度為 d1=0/4n1 假設(shè)減反射膜的折射率為膜兩邊的資料的折射率的假設(shè)減反射膜的折射率為膜兩邊的

11、資料的折射率的幾何平均數(shù)，反射將被進(jìn)一步降低。即幾何平均數(shù)，反射將被進(jìn)一步降低。即102nn n 4.2.2 光學(xué)特性光學(xué)特性 減反射膜減反射膜 4.2.2 光學(xué)特性光學(xué)特性 減反射膜減反射膜 雖然，經(jīng)過(guò)上面的公式，選用相應(yīng)厚度、折射率雖然，經(jīng)過(guò)上面的公式，選用相應(yīng)厚度、折射率的膜和相應(yīng)波長(zhǎng)的光，能使反射的光減少到零，但是的膜和相應(yīng)波長(zhǎng)的光，能使反射的光減少到零，但是每一種厚度和折射率只能對(duì)應(yīng)一種波長(zhǎng)的光。在光伏每一種厚度和折射率只能對(duì)應(yīng)一種波長(zhǎng)的光。在光伏運(yùn)用中，人們?cè)O(shè)計(jì)薄膜的厚度和反射率，以使波長(zhǎng)為運(yùn)用中，人們?cè)O(shè)計(jì)薄膜的厚度和反射率，以使波長(zhǎng)為0.6m的光的反射率到達(dá)最小。由于這個(gè)波長(zhǎng)的能

12、量的光的反射率到達(dá)最小。由于這個(gè)波長(zhǎng)的能量最接近太陽(yáng)光譜能量的峰值。最接近太陽(yáng)光譜能量的峰值。 假設(shè)鍍上多層減反射膜，能減少反射率的光譜范假設(shè)鍍上多層減反射膜，能減少反射率的光譜范圍將非常寬。但是，對(duì)于多數(shù)商業(yè)太陽(yáng)能電池來(lái)講，圍將非常寬。但是，對(duì)于多數(shù)商業(yè)太陽(yáng)能電池來(lái)講，這樣的本錢通常太高。這樣的本錢通常太高。 4.2.2 光學(xué)特性光學(xué)特性 減反射膜減反射膜裸硅裸硅覆蓋有折射率為覆蓋有折射率為2.3的最優(yōu)化抗反射膜玻璃的硅的最優(yōu)化抗反射膜玻璃的硅僅覆蓋玻璃的硅僅覆蓋玻璃的硅Comparison of surface reflection from a silicon solar cell, w

13、ith and without a typical anti-reflection coating. 在硅外表制絨，可以與減反射膜相結(jié)合，也可以單獨(dú)運(yùn)在硅外表制絨，可以與減反射膜相結(jié)合，也可以單獨(dú)運(yùn)用，都能到達(dá)減小反射的效果。由于任何外表的缺陷都能添用，都能到達(dá)減小反射的效果。由于任何外表的缺陷都能添加光反彈回外表而不是分開(kāi)外表的概率，所以都能起到減小加光反彈回外表而不是分開(kāi)外表的概率，所以都能起到減小反射的效果。反射的效果。 4.2.3 光學(xué)特性光學(xué)特性 外表制絨外表制絨 4.2.3 光學(xué)特性光學(xué)特性 外表制絨外表制絨 外表制絨有幾種方法。一塊單晶硅襯底可以沿著晶體外表外表制絨有幾種方法。一

14、塊單晶硅襯底可以沿著晶體外表刻蝕便能到達(dá)制絨效果。假設(shè)外表能恰當(dāng)符合內(nèi)部原子構(gòu)造的刻蝕便能到達(dá)制絨效果。假設(shè)外表能恰當(dāng)符合內(nèi)部原子構(gòu)造的話，硅外表的晶體構(gòu)造將變成由金字塔構(gòu)成的外表。以以下圖話，硅外表的晶體構(gòu)造將變成由金字塔構(gòu)成的外表。以以下圖畫出了一個(gè)這樣的金字塔構(gòu)造，用電子顯微鏡拍攝的硅外表制畫出了一個(gè)這樣的金字塔構(gòu)造，用電子顯微鏡拍攝的硅外表制絨。這種制絨方式叫絨。這種制絨方式叫“隨機(jī)型金字塔制絨，通常在單晶硅電隨機(jī)型金字塔制絨，通常在單晶硅電池制造上運(yùn)用。池制造上運(yùn)用。 右圖便是組成單晶右圖便是組成單晶硅太陽(yáng)能電池制絨外表硅太陽(yáng)能電池制絨外表的金字塔構(gòu)造。的金字塔構(gòu)造。單晶硅制絨外表的

15、電子顯微鏡掃描照片單晶硅制絨外表的電子顯微鏡掃描照片 另一種外表制絨方式叫另一種外表制絨方式叫“倒金字塔型制絨。這種制絨方倒金字塔型制絨。這種制絨方法是往硅外表下面刻蝕，而不是從外表往上刻蝕，如以下圖。法是往硅外表下面刻蝕，而不是從外表往上刻蝕，如以下圖。 4.2.3 光學(xué)特性光學(xué)特性 外表制絨外表制絨單晶硅制絨外表的電子顯微鏡掃描照片單晶硅制絨外表的電子顯微鏡掃描照片 4.2.3 光學(xué)特性光學(xué)特性 外表制絨外表制絨多晶硅制絨外表的電子多晶硅制絨外表的電子顯微鏡照片顯微鏡照片 刻蝕多晶硅外表時(shí)，上面講到的兩種方法都不能運(yùn)用，刻蝕多晶硅外表時(shí)，上面講到的兩種方法都不能運(yùn)用，由于只需在由由于只需在

16、由晶體外表構(gòu)成的外表才干完成有效的形晶體外表構(gòu)成的外表才干完成有效的形狀。而多晶硅外表上，只需一小部分面積才有狀。而多晶硅外表上，只需一小部分面積才有方向。方向。但是多晶硅制絨可以運(yùn)用光刻技術(shù)和機(jī)械雕刻技術(shù)，即使用但是多晶硅制絨可以運(yùn)用光刻技術(shù)和機(jī)械雕刻技術(shù)，即使用切割鋸或激光把外表切割成相應(yīng)的外形。切割鋸或激光把外表切割成相應(yīng)的外形。n 像減小外表反射一樣，充分的吸收入射光也是獲得高轉(zhuǎn)換像減小外表反射一樣，充分的吸收入射光也是獲得高轉(zhuǎn)換效率的必要途徑之一。而吸收光的多少那么取決于光途徑的長(zhǎng)效率的必要途徑之一。而吸收光的多少那么取決于光途徑的長(zhǎng)度和吸收系數(shù)。下面的動(dòng)畫展現(xiàn)了硅太陽(yáng)能電池對(duì)光的吸

17、收是度和吸收系數(shù)。下面的動(dòng)畫展現(xiàn)了硅太陽(yáng)能電池對(duì)光的吸收是如何隨著電池厚度變化的。如何隨著電池厚度變化的。 對(duì)于厚度超越對(duì)于厚度超越10mm的硅的硅電池來(lái)說(shuō)，入射光能量大于禁電池來(lái)說(shuō)，入射光能量大于禁帶寬度的部分根本全部被吸收。帶寬度的部分根本全部被吸收。總電流的總電流的100%指的是一切能被指的是一切能被硅吸收的光都被吸收了。當(dāng)硅硅吸收的光都被吸收了。當(dāng)硅資料厚度為資料厚度為10微米時(shí)，只需微米時(shí)，只需 30%的可吸收光被吸收。損失的可吸收光被吸收。損失的光子用橙色和紅色表示。的光子用橙色和紅色表示。 4.2.4 光學(xué)特性光學(xué)特性電池厚度電池厚度 4.2.5 光學(xué)特性光學(xué)特性 光圈套光圈套

18、最正確的電池厚度并不單單是由吸收一切的光這一需求最正確的電池厚度并不單單是由吸收一切的光這一需求決議的。例如，假設(shè)光在與決議的。例如，假設(shè)光在與pn結(jié)間隔結(jié)間隔 小于分散長(zhǎng)度的區(qū)域被小于分散長(zhǎng)度的區(qū)域被吸收，產(chǎn)生的載流子卻被復(fù)合了。此外，假設(shè)電池的厚度變吸收，產(chǎn)生的載流子卻被復(fù)合了。此外，假設(shè)電池的厚度變薄但是吸收的光線不變，開(kāi)路電壓將比厚電池的大。經(jīng)過(guò)構(gòu)薄但是吸收的光線不變，開(kāi)路電壓將比厚電池的大。經(jīng)過(guò)構(gòu)造優(yōu)化的太陽(yáng)電池通常擁有比電池實(shí)踐厚度長(zhǎng)幾倍的光途徑造優(yōu)化的太陽(yáng)電池通常擁有比電池實(shí)踐厚度長(zhǎng)幾倍的光途徑長(zhǎng)度，所謂電池光途徑長(zhǎng)度是指沒(méi)被吸收的光在射出電池前長(zhǎng)度，所謂電池光途徑長(zhǎng)度是指沒(méi)被吸

19、收的光在射出電池前在電池內(nèi)所走的間隔在電池內(nèi)所走的間隔 。通常稱它為器件厚度。舉例說(shuō)，一個(gè)。通常稱它為器件厚度。舉例說(shuō)，一個(gè)沒(méi)有光圈套構(gòu)造的電池，它的光途徑長(zhǎng)度能夠只相當(dāng)于電池沒(méi)有光圈套構(gòu)造的電池，它的光途徑長(zhǎng)度能夠只相當(dāng)于電池實(shí)踐厚度，而經(jīng)過(guò)光圈套構(gòu)造優(yōu)化的電池的途徑長(zhǎng)度能到達(dá)實(shí)踐厚度，而經(jīng)過(guò)光圈套構(gòu)造優(yōu)化的電池的途徑長(zhǎng)度能到達(dá)厚度的厚度的50倍，這意味著光線能在電池內(nèi)來(lái)回反彈許多遍。倍，這意味著光線能在電池內(nèi)來(lái)回反彈許多遍。 4.2.5 光學(xué)特性光學(xué)特性 光圈套光圈套 通常，使光子入射在傾斜面上，隨之改動(dòng)光子通常，使光子入射在傾斜面上，隨之改動(dòng)光子在電池內(nèi)運(yùn)動(dòng)的角度，便能到達(dá)光圈套的效果。

20、一在電池內(nèi)運(yùn)動(dòng)的角度，便能到達(dá)光圈套的效果。一個(gè)經(jīng)過(guò)制絨的外表不僅能像前面所講的那樣減少反個(gè)經(jīng)過(guò)制絨的外表不僅能像前面所講的那樣減少反射，還能使光斜著入射電池，因此光的途徑長(zhǎng)度比射，還能使光斜著入射電池，因此光的途徑長(zhǎng)度比厚度大。光入射到半導(dǎo)體的折射角度可以經(jīng)過(guò)折射厚度大。光入射到半導(dǎo)體的折射角度可以經(jīng)過(guò)折射定律求得：定律求得： n1sin1=n2sin 2 其中，其中，12分別是入射角和折射角，而分別是入射角和折射角，而n1為為光入射介質(zhì)的折射率，光入射介質(zhì)的折射率，n2光射出介質(zhì)的折射率。光射出介質(zhì)的折射率。 對(duì)上面的折射定律公式進(jìn)展調(diào)整，那么可計(jì)算光在電池對(duì)上面的折射定律公式進(jìn)展調(diào)整，那

21、么可計(jì)算光在電池入射的角度即折射角：入射的角度即折射角： 12112sinnsin/ n 對(duì)于經(jīng)過(guò)外表制絨的單晶硅太陽(yáng)能電池，由于晶體外表對(duì)于經(jīng)過(guò)外表制絨的單晶硅太陽(yáng)能電池，由于晶體外表的存在而使得角度的存在而使得角度1等于等于36，如以以下圖所示，如以以下圖所示光在經(jīng)制絨的太陽(yáng)能電池上的反射和入射光在經(jīng)制絨的太陽(yáng)能電池上的反射和入射 4.2.5 光學(xué)特性光學(xué)特性 光圈套光圈套 4.2.5 光學(xué)特性光學(xué)特性 光圈套光圈套121 -1nnsin 假設(shè)光線從折射率大的介質(zhì)入射到折射率小的介質(zhì)，將假設(shè)光線從折射率大的介質(zhì)入射到折射率小的介質(zhì)，將有能夠發(fā)生全反射。此時(shí)的入射角為臨界角，在上面的方程有能

22、夠發(fā)生全反射。此時(shí)的入射角為臨界角，在上面的方程中，設(shè)中，設(shè)2為為0，得：，得： 利用全內(nèi)反射，可以把光困在利用全內(nèi)反射，可以把光困在電池內(nèi)面，使穿入電池的光成倍添電池內(nèi)面，使穿入電池的光成倍添加，因此厚度很薄的電池也能擁有加，因此厚度很薄的電池也能擁有很長(zhǎng)的光途徑長(zhǎng)度。很長(zhǎng)的光途徑長(zhǎng)度。 朗伯背反射層是一種特殊的背反射層，它能使反射光的朗伯背反射層是一種特殊的背反射層，它能使反射光的方向隨機(jī)化。電池背反射層的高反射率，減小了背電極對(duì)光方向隨機(jī)化。電池背反射層的高反射率，減小了背電極對(duì)光的吸收和光穿出電池的幾率，并把光反彈回電池體內(nèi)。方向的吸收和光穿出電池的幾率，并把光反彈回電池體內(nèi)。方向的隨

23、機(jī)化使得許多反射光都被全反射回去。有些被反射回電的隨機(jī)化使得許多反射光都被全反射回去。有些被反射回電池頂端外表的光與外表的角度大于臨界角，那么又再次被全池頂端外表的光與外表的角度大于臨界角，那么又再次被全反射回電池內(nèi)。這樣一來(lái)，光被吸收的時(shí)機(jī)就大大添加了，反射回電池內(nèi)。這樣一來(lái)，光被吸收的時(shí)機(jī)就大大添加了，由于光的途徑長(zhǎng)度能到達(dá)由于光的途徑長(zhǎng)度能到達(dá)4n2，n為半導(dǎo)體的折射率為半導(dǎo)體的折射率Yablonovitch and Cody, 1982。使光的途徑長(zhǎng)度長(zhǎng)。使光的途徑長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)電池厚度的達(dá)電池厚度的50倍，因此這是一個(gè)非常有效的圍困光線的技倍，因此這是一個(gè)非常有效的圍困光線的技術(shù)。術(shù)。 4

24、.2.6 光學(xué)特性光學(xué)特性朗伯背反射層朗伯背反射層朗伯背反射層如以以下圖所描畫：朗伯背反射層如以以下圖所描畫： 4.2.6 光學(xué)特性光學(xué)特性朗伯背反射層朗伯背反射層UNSW新南威爾士大學(xué)新南威爾士大學(xué)小于臨界角入射小于臨界角入射的光逃出電池的光逃出電池光被全反射并光被全反射并圍困在電池內(nèi)圍困在電池內(nèi)入射光入射光電池底部的隨機(jī)散射電池底部的隨機(jī)散射頂角等于臨界頂角等于臨界角的椎體內(nèi)的角的椎體內(nèi)的光損失掉了光損失掉了 復(fù)合效應(yīng)同時(shí)呵斥光生電流即短路電流和前置偏壓注復(fù)合效應(yīng)同時(shí)呵斥光生電流即短路電流和前置偏壓注入電流即開(kāi)路電壓的損失。人們通常根據(jù)發(fā)生在電池內(nèi)的入電流即開(kāi)路電壓的損失。人們通常根據(jù)發(fā)生

25、在電池內(nèi)的區(qū)域不同來(lái)對(duì)復(fù)合進(jìn)展分類。普通來(lái)說(shuō)，發(fā)生在電池外表外區(qū)域不同來(lái)對(duì)復(fù)合進(jìn)展分類。普通來(lái)說(shuō)，發(fā)生在電池外表外表復(fù)合和電池體內(nèi)體復(fù)合的復(fù)合是主要的復(fù)合方式。而表復(fù)合和電池體內(nèi)體復(fù)合的復(fù)合是主要的復(fù)合方式。而耗盡區(qū)那么是另外一個(gè)會(huì)發(fā)生復(fù)合的區(qū)域。耗盡區(qū)那么是另外一個(gè)會(huì)發(fā)生復(fù)合的區(qū)域。25 4.3.1 減少?gòu)?fù)合效應(yīng)減少?gòu)?fù)合效應(yīng)復(fù)合損耗復(fù)合損耗 為了讓為了讓pn結(jié)可以吸收一切的光生載流子，外表復(fù)合和結(jié)可以吸收一切的光生載流子，外表復(fù)合和體復(fù)合都要盡量減到最小。對(duì)于硅太陽(yáng)能電池，要到達(dá)這樣體復(fù)合都要盡量減到最小。對(duì)于硅太陽(yáng)能電池，要到達(dá)這樣的效果，所需條件為：的效果，所需條件為：載流子必需在與載流

26、子必需在與pn結(jié)間隔結(jié)間隔 小于分散長(zhǎng)度的區(qū)域產(chǎn)生，才干分小于分散長(zhǎng)度的區(qū)域產(chǎn)生，才干分散到散到pn結(jié)并被搜集。結(jié)并被搜集。對(duì)于部分高復(fù)合區(qū)域比如，沒(méi)有鈍化的外表和多晶硅的晶對(duì)于部分高復(fù)合區(qū)域比如，沒(méi)有鈍化的外表和多晶硅的晶界，光生載流子與界，光生載流子與pn結(jié)的間隔結(jié)的間隔 必需小于與高復(fù)合區(qū)域的必需小于與高復(fù)合區(qū)域的間隔間隔 。相反，在部分低復(fù)合區(qū)域比如鈍化的外表，光。相反，在部分低復(fù)合區(qū)域比如鈍化的外表，光生載流子可以與低復(fù)合區(qū)域間隔生載流子可以與低復(fù)合區(qū)域間隔 更近些，由于它依然能分更近些，由于它依然能分散到散到pn結(jié)并被搜集，而不會(huì)復(fù)合。結(jié)并被搜集，而不會(huì)復(fù)合。 4.3.2 減少?gòu)?fù)合

27、效應(yīng)減少?gòu)?fù)合效應(yīng)復(fù)合引起的電流損失復(fù)合引起的電流損失 4.3.2 減少?gòu)?fù)合效應(yīng)減少?gòu)?fù)合效應(yīng)復(fù)合引起的電流損失復(fù)合引起的電流損失 電池的前外表和背外表存在部分復(fù)合區(qū)域，意味著能電池的前外表和背外表存在部分復(fù)合區(qū)域，意味著能量不同的光子將有不同的搜集概率。藍(lán)光的吸收率很高，并量不同的光子將有不同的搜集概率。藍(lán)光的吸收率很高，并且在間隔且在間隔 前外表非常近處被吸收，所以假設(shè)前外表是個(gè)高前外表非常近處被吸收，所以假設(shè)前外表是個(gè)高復(fù)合區(qū)域的話，那么藍(lán)光產(chǎn)生的載流子就不怎樣能夠被復(fù)合區(qū)域的話，那么藍(lán)光產(chǎn)生的載流子就不怎樣能夠被pn結(jié)搜集。類似的，假設(shè)電池的背外表的復(fù)合效應(yīng)很強(qiáng)，將主結(jié)搜集。類似的，假設(shè)電

28、池的背外表的復(fù)合效應(yīng)很強(qiáng)，將主要影響由紅外光產(chǎn)生的載流子紅外光在電池深處產(chǎn)生載流要影響由紅外光產(chǎn)生的載流子紅外光在電池深處產(chǎn)生載流子。太陽(yáng)能電池的量子效率量化了復(fù)合效應(yīng)對(duì)光生電流的子。太陽(yáng)能電池的量子效率量化了復(fù)合效應(yīng)對(duì)光生電流的影響。以以下圖描畫了太陽(yáng)能電池的量子效率。影響。以以下圖描畫了太陽(yáng)能電池的量子效率。理想和實(shí)踐太陽(yáng)能電池的典型量子效率，描畫了復(fù)合損失和光損失的影響理想和實(shí)踐太陽(yáng)能電池的典型量子效率，描畫了復(fù)合損失和光損失的影響前外表的反射前外表的反射和復(fù)合和復(fù)合體內(nèi)和反面的復(fù)合體內(nèi)和反面的復(fù)合加上沒(méi)被吸收的光加上沒(méi)被吸收的光 4.3.2 減少?gòu)?fù)合效應(yīng)減少?gòu)?fù)合效應(yīng)復(fù)合引起的電流損失復(fù)

29、合引起的電流損失 4.3.2 減少?gòu)?fù)合效應(yīng)減少?gòu)?fù)合效應(yīng)復(fù)合引起的電流損失復(fù)合引起的電流損失 三種不同類型的晶體硅太陽(yáng)能電池的量子效率曲線。埋三種不同類型的晶體硅太陽(yáng)能電池的量子效率曲線。埋柵和絲網(wǎng)印刷曲線表示的是電池的內(nèi)部量子效率，而柵和絲網(wǎng)印刷曲線表示的是電池的內(nèi)部量子效率，而PERL曲曲線那么表示電池的外部量子效率。線那么表示電池的外部量子效率。PERL電池鈍化發(fā)射極背電池鈍化發(fā)射極背部局域擴(kuò)散部局域擴(kuò)散Passivated Emitter and Rear Locally-diffused對(duì)紅外光的呼應(yīng)最好，由于被良好地鈍化，有高效率的背外對(duì)紅外光的呼應(yīng)最好，由于被良好地鈍化，有高效率的

30、背外表反射。表反射。絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷埋柵埋柵PERL 開(kāi)路電壓是指當(dāng)前置分散電流與短路電流大小相當(dāng)時(shí)的光電壓。前置開(kāi)路電壓是指當(dāng)前置分散電流與短路電流大小相當(dāng)時(shí)的光電壓。前置分散電流的大小取決于分散電流的大小取決于pn結(jié)處復(fù)合效應(yīng)的大小，即分散電流隨著復(fù)合的結(jié)處復(fù)合效應(yīng)的大小，即分散電流隨著復(fù)合的提高而上升。結(jié)果是，高復(fù)合提高了前置分散電流，反過(guò)來(lái)卻降低了開(kāi)路提高而上升。結(jié)果是，高復(fù)合提高了前置分散電流，反過(guò)來(lái)卻降低了開(kāi)路電壓。能表示在前置電壓下的復(fù)合大小的資料參數(shù)是電壓。能表示在前置電壓下的復(fù)合大小的資料參數(shù)是“二極管飽和電流。二極管飽和電流。而復(fù)合的大小由而復(fù)合的大小由pn結(jié)邊緣的少數(shù)載流

31、子的數(shù)量控制，即它們分開(kāi)結(jié)邊緣的少數(shù)載流子的數(shù)量控制，即它們分開(kāi)pn結(jié)的結(jié)的速度有多快，復(fù)合的速度就有多快。所以，黑暗前置電流以及開(kāi)路電壓將速度有多快，復(fù)合的速度就有多快。所以，黑暗前置電流以及開(kāi)路電壓將遭到下面幾個(gè)要素影響：遭到下面幾個(gè)要素影響：pn結(jié)邊緣的少數(shù)載流子數(shù)量。從結(jié)邊緣的少數(shù)載流子數(shù)量。從pn結(jié)另一邊注入的少數(shù)載流子數(shù)量，等于結(jié)另一邊注入的少數(shù)載流子數(shù)量，等于在平衡形狀下的少數(shù)載流子數(shù)量乘以一個(gè)由電池電壓和溫度決議的指數(shù)因在平衡形狀下的少數(shù)載流子數(shù)量乘以一個(gè)由電池電壓和溫度決議的指數(shù)因子。因此，盡量減少平衡少數(shù)載流子濃度將減少?gòu)?fù)合。而減少平衡少數(shù)載子。因此，盡量減少平衡少數(shù)載流子

32、濃度將減少?gòu)?fù)合。而減少平衡少數(shù)載流子濃度可以經(jīng)過(guò)添加摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)。流子濃度可以經(jīng)過(guò)添加摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)。 4.3.3 減少?gòu)?fù)合效應(yīng)減少?gòu)?fù)合效應(yīng)復(fù)合引起的電壓損失復(fù)合引起的電壓損失n資料的分散長(zhǎng)度。短的分散長(zhǎng)度意味著少數(shù)載流子由于復(fù)合，在資料的分散長(zhǎng)度。短的分散長(zhǎng)度意味著少數(shù)載流子由于復(fù)合，在pn結(jié)邊結(jié)邊緣處快速消逝，以使得更多的載流子經(jīng)過(guò)電池，提高前置電流。因此，緣處快速消逝，以使得更多的載流子經(jīng)過(guò)電池，提高前置電流。因此，必需有長(zhǎng)的分散長(zhǎng)度才干盡量減少?gòu)?fù)合并獲得高電壓。而分散長(zhǎng)度取決必需有長(zhǎng)的分散長(zhǎng)度才干盡量減少?gòu)?fù)合并獲得高電壓。而分散長(zhǎng)度取決于電池資料的類型、制造電池片的過(guò)程和摻雜的情況。高摻雜導(dǎo)

33、致低分于電池資料的類型、制造電池片的過(guò)程和摻雜的情況。高摻雜導(dǎo)致低分散長(zhǎng)度，因此需求找到長(zhǎng)分散長(zhǎng)度它同時(shí)影響著電流和電壓與高電散長(zhǎng)度，因此需求找到長(zhǎng)分散長(zhǎng)度它同時(shí)影響著電流和電壓與高電壓之間的平衡。壓之間的平衡。n與與pn結(jié)間隔結(jié)間隔 小于分散長(zhǎng)度的區(qū)域存在部分復(fù)合區(qū)。接近小于分散長(zhǎng)度的區(qū)域存在部分復(fù)合區(qū)。接近pn結(jié)的高復(fù)合結(jié)的高復(fù)合區(qū)通常為外表或晶界使得載流子迅速的移向它，接著被復(fù)合，因此區(qū)通常為外表或晶界使得載流子迅速的移向它，接著被復(fù)合，因此大幅度提高復(fù)合電流。經(jīng)過(guò)外表鈍化可以降低外表復(fù)合的影響。大幅度提高復(fù)合電流。經(jīng)過(guò)外表鈍化可以降低外表復(fù)合的影響。 4.3.3 減少?gòu)?fù)合效應(yīng)減少?gòu)?fù)合效

34、應(yīng)復(fù)合引起的電壓損失復(fù)合引起的電壓損失 4.3.3 減少?gòu)?fù)合效應(yīng)減少?gòu)?fù)合效應(yīng)復(fù)合引起的電壓損失復(fù)合引起的電壓損失在假設(shè)良好外表鈍化的前提下，摻雜在假設(shè)良好外表鈍化的前提下，摻雜ND對(duì)分散長(zhǎng)度和開(kāi)路電壓的影響。對(duì)分散長(zhǎng)度和開(kāi)路電壓的影響。分散長(zhǎng)度分散長(zhǎng)度開(kāi)路電壓開(kāi)路電壓以以下圖顯示對(duì)兩種參數(shù)的權(quán)衡。以以下圖顯示對(duì)兩種參數(shù)的權(quán)衡。 外表復(fù)合劇烈影響短路電流的同時(shí)，也劇烈影響著開(kāi)路電壓。外表復(fù)合劇烈影響短路電流的同時(shí)，也劇烈影響著開(kāi)路電壓。 電池前外表的高復(fù)合率對(duì)短路電流產(chǎn)生非常不利的影響，由于電池前外表的高復(fù)合率對(duì)短路電流產(chǎn)生非常不利的影響，由于前外表是電池中載流子生成率非常高的區(qū)域。要降低此區(qū)域

35、的高復(fù)前外表是電池中載流子生成率非常高的區(qū)域。要降低此區(qū)域的高復(fù)合率，可以經(jīng)過(guò)在外表鍍上鈍化層通常為二氧化硅的方式來(lái)減合率，可以經(jīng)過(guò)在外表鍍上鈍化層通常為二氧化硅的方式來(lái)減小硅外表的懸掛鍵。小硅外表的懸掛鍵。 4.3.4 減少?gòu)?fù)合效應(yīng)減少?gòu)?fù)合效應(yīng)外表復(fù)合外表復(fù)合對(duì)電池背部進(jìn)展重?fù)诫s，讓少數(shù)載流子對(duì)電池背部進(jìn)展重?fù)诫s，讓少數(shù)載流子這里為電子遠(yuǎn)離高復(fù)合率的背電極這里為電子遠(yuǎn)離高復(fù)合率的背電極在電極下面重?fù)诫s，讓少數(shù)載流子遠(yuǎn)離在電極下面重?fù)诫s，讓少數(shù)載流子遠(yuǎn)離高復(fù)合率的前端電極高復(fù)合率的前端電極pn結(jié)的電場(chǎng)結(jié)的電場(chǎng) 二氧化硅二氧化硅“鈍化外表并減鈍化外表并減少外表復(fù)合少外表復(fù)合 降低外表復(fù)合影響的技

36、術(shù)降低外表復(fù)合影響的技術(shù) 由于硅太陽(yáng)能電池的鈍化層通常為絕緣體，所以有金屬電極的區(qū)域便不由于硅太陽(yáng)能電池的鈍化層通常為絕緣體，所以有金屬電極的區(qū)域便不能被二氧化硅鈍化。取而代之的，是在外表電極下面重?fù)诫s，以減小外表復(fù)能被二氧化硅鈍化。取而代之的，是在外表電極下面重?fù)诫s，以減小外表復(fù)合的影響。雖然這樣的重?fù)诫s通常會(huì)嚴(yán)重減小分散長(zhǎng)度，但是由于電極區(qū)域合的影響。雖然這樣的重?fù)诫s通常會(huì)嚴(yán)重減小分散長(zhǎng)度，但是由于電極區(qū)域并不參與載流子的生成，因此它對(duì)載流子的搜集的影響并不大。此外，當(dāng)高并不參與載流子的生成，因此它對(duì)載流子的搜集的影響并不大。此外，當(dāng)高復(fù)合率的電池外表非常接近于復(fù)合率的電池外表非常接近于p

37、n結(jié)時(shí)，要使復(fù)合的影響到達(dá)最小，就必需結(jié)時(shí)，要使復(fù)合的影響到達(dá)最小，就必需盡能夠的添加摻雜的濃度。類似的方法也運(yùn)用在減少背外表復(fù)合率對(duì)電壓和盡能夠的添加摻雜的濃度。類似的方法也運(yùn)用在減少背外表復(fù)合率對(duì)電壓和電流的影響上，假設(shè)背外表與電流的影響上，假設(shè)背外表與pn結(jié)的間隔結(jié)的間隔 小于分散長(zhǎng)度。小于分散長(zhǎng)度?！氨畴妶?chǎng)由電池背電場(chǎng)由電池反面的高摻雜區(qū)域組成。在高摻雜和低摻雜區(qū)的交界處構(gòu)成了類似反面的高摻雜區(qū)域組成。在高摻雜和低摻雜區(qū)的交界處構(gòu)成了類似pn結(jié)的結(jié)的場(chǎng)，相當(dāng)于引入一個(gè)阻止少數(shù)載流子到反面的屏障。而低摻雜區(qū)域的少數(shù)載場(chǎng)，相當(dāng)于引入一個(gè)阻止少數(shù)載流子到反面的屏障。而低摻雜區(qū)域的少數(shù)載流子濃

38、度也因此堅(jiān)持在了一個(gè)高程度，此背電場(chǎng)也獲得了鈍化反面的效果。流子濃度也因此堅(jiān)持在了一個(gè)高程度，此背電場(chǎng)也獲得了鈍化反面的效果。 4.3.4 減少?gòu)?fù)合效應(yīng)減少?gòu)?fù)合效應(yīng)外表復(fù)合外表復(fù)合 除了使吸收最大化和復(fù)合最小化之外，設(shè)計(jì)一個(gè)高效率除了使吸收最大化和復(fù)合最小化之外，設(shè)計(jì)一個(gè)高效率太陽(yáng)能電池的最后一個(gè)條件，便是使寄生電阻呵斥的損耗降太陽(yáng)能電池的最后一個(gè)條件，便是使寄生電阻呵斥的損耗降到最低。到最低。并聯(lián)電阻和串聯(lián)電阻都會(huì)降低電池的填充因子和效率。并聯(lián)電阻和串聯(lián)電阻都會(huì)降低電池的填充因子和效率。有害的低并聯(lián)電阻是一種制造缺陷，而不是參數(shù)設(shè)計(jì)的問(wèn)題。有害的低并聯(lián)電阻是一種制造缺陷，而不是參數(shù)設(shè)計(jì)的問(wèn)題

39、。然而，由頂端電極電阻和發(fā)射區(qū)電阻組成的串聯(lián)電阻就跟并然而，由頂端電極電阻和發(fā)射區(qū)電阻組成的串聯(lián)電阻就跟并聯(lián)電阻有所不同，必需小心設(shè)計(jì)電池構(gòu)造的類型和尺度以優(yōu)聯(lián)電阻有所不同，必需小心設(shè)計(jì)電池構(gòu)造的類型和尺度以優(yōu)化電池的效率?；姵氐男?。 4.4.1 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻 4.4.1 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻母母柵柵子?xùn)抛訓(xùn)啪W(wǎng)格線網(wǎng)格線 電池的串聯(lián)電阻有幾個(gè)部分組成，如以以下圖所示。在這電池的串聯(lián)電阻有幾個(gè)部分組成，如以以下圖所示。在這些成分中，發(fā)射區(qū)和頂端電極包括子?xùn)烹娮韬湍笘烹娮栊┏煞种?，發(fā)射區(qū)和頂端電極包括子?xùn)烹娮韬湍笘烹娮鑼?duì)串聯(lián)電阻的奉獻(xiàn)最大

40、，因此也是最需求優(yōu)化的區(qū)域。對(duì)串聯(lián)電阻的奉獻(xiàn)最大，因此也是最需求優(yōu)化的區(qū)域。太陽(yáng)能電池中電阻組成及電流流向太陽(yáng)能電池中電阻組成及電流流向 金屬頂端電極是用來(lái)搜集電池產(chǎn)生的電流的。金屬頂端電極是用來(lái)搜集電池產(chǎn)生的電流的?！澳笘胖苯优c外母柵直接與外部電路銜接，而部電路銜接，而“子?xùn)艙?dān)任從電池內(nèi)部搜集電流并傳送到母柵。在子?xùn)艙?dān)任從電池內(nèi)部搜集電流并傳送到母柵。在頂端電極的設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵是要獲得一個(gè)平衡，即窄的電極網(wǎng)線所呵斥頂端電極的設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵是要獲得一個(gè)平衡，即窄的電極網(wǎng)線所呵斥的高電阻與寬電極網(wǎng)線呵斥的遮光面積添加的平衡。的高電阻與寬電極網(wǎng)線呵斥的遮光面積添加的平衡。子子?xùn)艝拍笘拍笘?4.4.1

41、頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻太陽(yáng)能電池頂端電極設(shè)計(jì)。母太陽(yáng)能電池頂端電極設(shè)計(jì)。母柵和子?xùn)陪暯硬a(chǎn)生的電流柵和子?xùn)陪暯硬a(chǎn)生的電流傳到外電極。傳到外電極。 通常，光生電流從電池體內(nèi)垂直挪動(dòng)到電池外表，然后通常，光生電流從電池體內(nèi)垂直挪動(dòng)到電池外表，然后橫向穿過(guò)重?fù)诫s外表，直到被頂端電極搜集。橫向穿過(guò)重?fù)诫s外表，直到被頂端電極搜集。 電池體內(nèi)的電阻和電流被假設(shè)為一個(gè)常數(shù)。電池的體電電池體內(nèi)的電阻和電流被假設(shè)為一個(gè)常數(shù)。電池的體電阻被定義為：阻被定義為： Rb=bw/A 思索到電池的厚度思索到電池的厚度 式中式中b為電池的體電阻率電導(dǎo)率的倒數(shù)硅電池通常為為電池的體電阻率電導(dǎo)率的倒

42、數(shù)硅電池通常為0.5-5.0cm， A為電池面積，為電池面積，w為電池主體區(qū)域的寬度。為電池主體區(qū)域的寬度。 4.4.2 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)體電阻體電阻“表層電阻率，一個(gè)取決于電阻率和厚度的參數(shù)，表層電阻率，一個(gè)取決于電阻率和厚度的參數(shù)，可以經(jīng)過(guò)電池的可以經(jīng)過(guò)電池的n型層外表很隨便地丈量出來(lái)。對(duì)型層外表很隨便地丈量出來(lái)。對(duì)于摻雜均勻的薄層來(lái)說(shuō)，表層電阻率定義為：于摻雜均勻的薄層來(lái)說(shuō)，表層電阻率定義為： = /t 其中，其中， 為為n型層的電阻率，型層的電阻率，t為表層的厚度。為表層的厚度。 表層電阻率通常表示為歐姆表層電阻率通常表示為歐姆/平方或平方或/ 4.4.3 頂端電極的設(shè)計(jì)頂

43、端電極的設(shè)計(jì)表層電阻率表層電阻率 4.4.3 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)表層電阻率表層電阻率 01tdx/x 只需依然堅(jiān)持正方形，那么無(wú)論尺寸多大，方形導(dǎo)電片只需依然堅(jiān)持正方形，那么無(wú)論尺寸多大，方形導(dǎo)電片的電阻都是一樣大的。的電阻都是一樣大的。 對(duì)于摻雜不均勻的對(duì)于摻雜不均勻的n型層來(lái)說(shuō)，型層來(lái)說(shuō)，的分布也是不均勻的，那么：的分布也是不均勻的，那么： 發(fā)射區(qū)的表層電阻率可以運(yùn)用發(fā)射區(qū)的表層電阻率可以運(yùn)用“四四點(diǎn)探針?lè)ǚ浅Ｈ菀椎臏y(cè)出來(lái)。電流點(diǎn)探針?lè)ǚ浅Ｈ菀椎臏y(cè)出來(lái)。電流流到探針，并在中間兩個(gè)探針之間產(chǎn)流到探針，并在中間兩個(gè)探針之間產(chǎn)生壓降。生壓降。n型區(qū)與型區(qū)與p型區(qū)之間的型區(qū)之間的pn結(jié)扮

44、結(jié)扮演著絕緣層的角色，使得丈量表層電演著絕緣層的角色，使得丈量表層電阻時(shí)不受影響。此外，丈量時(shí)電池必阻時(shí)不受影響。此外，丈量時(shí)電池必需處在黑暗環(huán)境中。需處在黑暗環(huán)境中。 4.4.3 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)表層電阻率表層電阻率 4.4.3 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)表層電阻率表層電阻率I2lnV 利用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電壓和電流，可算得：利用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電壓和電流，可算得： 式中式中/ln2=4.53 普通硅太陽(yáng)能電池的表層電阻率在普通硅太陽(yáng)能電池的表層電阻率在30-100/之間。之間。 基于前面的表層電阻率，作為頂端電極柵間距的函數(shù)且由基于前面的表層電阻率，作為頂端電極柵間距的函數(shù)且由發(fā)射區(qū)電阻

45、呵斥的功率損失便可計(jì)算出來(lái)。然而，在發(fā)射區(qū)的發(fā)射區(qū)電阻呵斥的功率損失便可計(jì)算出來(lái)。然而，在發(fā)射區(qū)的電流流動(dòng)的間隔電流流動(dòng)的間隔 并不都是相等的。假設(shè)電流剛好從電池內(nèi)部流并不都是相等的。假設(shè)電流剛好從電池內(nèi)部流到電極附近，那么因此路程很短。但是假設(shè)電流流到兩個(gè)柵條到電極附近，那么因此路程很短。但是假設(shè)電流流到兩個(gè)柵條之間的話，那么電阻途徑剛好等于兩個(gè)柵條間隔之間的話，那么電阻途徑剛好等于兩個(gè)柵條間隔 的一半。的一半。43 載流子從電池的產(chǎn)生載流子從電池的產(chǎn)生點(diǎn)流到外部電極的理想效點(diǎn)流到外部電極的理想效果圖。需求留意的是，實(shí)果圖。需求留意的是，實(shí)踐中的發(fā)射區(qū)要比圖中的踐中的發(fā)射區(qū)要比圖中的薄很多。

46、薄很多。 4.4.4 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)發(fā)射區(qū)電阻發(fā)射區(qū)電阻 4.4.4 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)發(fā)射區(qū)電阻發(fā)射區(qū)電阻 右圖為計(jì)算由電右圖為計(jì)算由電池表層的橫向電阻呵池表層的橫向電阻呵斥的功率損失時(shí)用到斥的功率損失時(shí)用到的數(shù)據(jù)。的數(shù)據(jù)。在在y方向逐漸遞增的功率損失為：方向逐漸遞增的功率損失為：dPloss=I2dR其中其中dR=dy/A 式中式中y為兩個(gè)柵條之間的間隔為兩個(gè)柵條之間的間隔 。如以以下圖所示：如以以下圖所示： 表層橫向電流的大小決議于表層橫向電流的大小決議于y和和Iy，在兩柵條之間，在兩柵條之間的中間點(diǎn)的大小為零，并沿著中間點(diǎn)到柵條的線逐漸添加。的中間點(diǎn)的大小為零，

47、并沿著中間點(diǎn)到柵條的線逐漸添加。 計(jì)算電流的方程為：計(jì)算電流的方程為： Iy=Jby J為電流強(qiáng)度，為電流強(qiáng)度，b為柵條的長(zhǎng)度，而為柵條的長(zhǎng)度，而y是兩柵條的間隔間隔是兩柵條的間隔間隔 。 終上所述，在終上所述，在1/2單元電池中，頂層阻抗引起的功率損耗為單元電池中，頂層阻抗引起的功率損耗為： 2222232024s/lossJ b ydyJ bSPIydRb %100V12JSRPPmpmp2maxloss%P式中式中S同樣為兩柵間距。同樣為兩柵間距。在最大功率輸出點(diǎn)，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的功率為在最大功率輸出點(diǎn)，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的功率為VmpJmpbs/2，那么，那么相對(duì)功率損耗為：相對(duì)功率損耗為： 4.

48、4.4 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)發(fā)射區(qū)電阻發(fā)射區(qū)電阻 接觸電阻損耗發(fā)生在硅電池與金屬電極的交界處。要降低接觸接觸電阻損耗發(fā)生在硅電池與金屬電極的交界處。要降低接觸電阻的損耗，就必需對(duì)電阻的損耗，就必需對(duì)n型層的頂層進(jìn)展重?fù)诫s。然而，重?fù)诫s程度型層的頂層進(jìn)展重?fù)诫s。然而，重?fù)诫s程度也會(huì)引起不良后果。即假設(shè)高濃度的磷被分散到硅中，當(dāng)溫度下降也會(huì)引起不良后果。即假設(shè)高濃度的磷被分散到硅中，當(dāng)溫度下降時(shí)，多余的磷會(huì)被析出電池表層，構(gòu)成一層時(shí)，多余的磷會(huì)被析出電池表層，構(gòu)成一層“死層，在這層中光生死層，在這層中光生載流子的搜集幾率非常低。許多商用電池由于死層的出現(xiàn)而導(dǎo)致對(duì)載流子的搜集幾率非常低。許多

49、商用電池由于死層的出現(xiàn)而導(dǎo)致對(duì)藍(lán)光的呼應(yīng)很差。因此，處理的方法是，對(duì)金屬電極的下面部分進(jìn)藍(lán)光的呼應(yīng)很差。因此，處理的方法是，對(duì)金屬電極的下面部分進(jìn)展重?fù)诫s，而表層的其他部分那么需控制在一個(gè)平衡值，也就是在展重?fù)诫s，而表層的其他部分那么需控制在一個(gè)平衡值，也就是在獲得低發(fā)射區(qū)飽和電流和高發(fā)射區(qū)分散長(zhǎng)度之間到達(dá)平衡。獲得低發(fā)射區(qū)飽和電流和高發(fā)射區(qū)分散長(zhǎng)度之間到達(dá)平衡。頂端金屬電極頂端金屬電極金屬與硅界面的高接觸電阻金屬與硅界面的高接觸電阻對(duì)界面重?fù)诫s以減小接觸電阻對(duì)界面重?fù)诫s以減小接觸電阻N型發(fā)射區(qū)型發(fā)射區(qū) 4.4.5 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)接觸電阻接觸電阻 頂端電極的優(yōu)化設(shè)計(jì)不只需子?xùn)藕湍?/p>

50、柵電阻的最小化，頂端電極的優(yōu)化設(shè)計(jì)不只需子?xùn)藕湍笘烹娮璧淖钚』€包括與頂端電阻有關(guān)的總的損耗的最小化，即包括發(fā)射區(qū)還包括與頂端電阻有關(guān)的總的損耗的最小化，即包括發(fā)射區(qū)的電阻損耗、金屬電極的電阻損耗和陰影損耗。的電阻損耗、金屬電極的電阻損耗和陰影損耗。一些設(shè)計(jì)的要素決議了損耗規(guī)模的大小，它們包括子?xùn)乓恍┰O(shè)計(jì)的要素決議了損耗規(guī)模的大小，它們包括子?xùn)藕湍笘诺拈g距、金屬的寬高橫縱比、金屬柵條的最小寬度以和母柵的間距、金屬的寬高橫縱比、金屬柵條的最小寬度以及金屬的電阻率。如以以下圖所示。及金屬的電阻率。如以以下圖所示。橫縱比橫縱比=高高/寬寬小的高寬橫縱比小的高寬橫縱比柵條的間距柵條的間距大的高寬橫縱

51、比大的高寬橫縱比發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 4.4.6 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)格的設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)格的設(shè)計(jì) 4.4.6 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)格的設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)格的設(shè)計(jì)柵間距對(duì)發(fā)射區(qū)電阻的影響柵間距對(duì)發(fā)射區(qū)電阻的影響 正如我們?cè)诎l(fā)射區(qū)電阻一節(jié)所講的那樣，來(lái)自發(fā)射區(qū)正如我們?cè)诎l(fā)射區(qū)電阻一節(jié)所講的那樣，來(lái)自發(fā)射區(qū)的能量損耗大小取決于金屬網(wǎng)格的間距，因此，短的柵間的能量損耗大小取決于金屬網(wǎng)格的間距，因此，短的柵間距有利于降低發(fā)射區(qū)電阻。距有利于降低發(fā)射區(qū)電阻。網(wǎng)格電阻網(wǎng)格電阻 網(wǎng)格電阻的大小取決于金屬的電阻率、網(wǎng)格的陳列規(guī)網(wǎng)格電阻的大小取決于金屬的電阻率、網(wǎng)格的陳列規(guī)劃和金屬柵條的橫縱比。低的電阻率

52、和高的橫縱比對(duì)電池劃和金屬柵條的橫縱比。低的電阻率和高的橫縱比對(duì)電池比較有利，但也會(huì)遭到制造技術(shù)的限制。比較有利，但也會(huì)遭到制造技術(shù)的限制。陰影損失陰影損失 陰影損失是覆蓋在電池外表的金屬柵條阻撓光線射入陰影損失是覆蓋在電池外表的金屬柵條阻撓光線射入電池引起的。電池引起的。設(shè)計(jì)原那么設(shè)計(jì)原那么 雖然頂端電極的設(shè)計(jì)方案眾多，但基于現(xiàn)實(shí)緣由，雖然頂端電極的設(shè)計(jì)方案眾多，但基于現(xiàn)實(shí)緣由，大多數(shù)的電池外表金屬網(wǎng)格設(shè)計(jì)都是相對(duì)簡(jiǎn)單和非常勻大多數(shù)的電池外表金屬網(wǎng)格設(shè)計(jì)都是相對(duì)簡(jiǎn)單和非常勻稱的。勻稱的網(wǎng)格把電池分成均等的幾部分。設(shè)計(jì)時(shí)有稱的。勻稱的網(wǎng)格把電池分成均等的幾部分。設(shè)計(jì)時(shí)有幾個(gè)重要的原那么要留意幾

53、個(gè)重要的原那么要留意Serreze, 1978 ：最優(yōu)的母柵寬度，最優(yōu)的母柵寬度，WB，此時(shí)母柵的電阻損耗大小等于它，此時(shí)母柵的電阻損耗大小等于它的陰影損耗。的陰影損耗。寬度逐漸變小的柵條要比等寬的柵條所呵斥的損耗小。寬度逐漸變小的柵條要比等寬的柵條所呵斥的損耗小。電池的面積越小、柵條的寬度電池的面積越小、柵條的寬度WF越小以及柵條間隔越小以及柵條間隔S越小，越小，那么損耗越小。那么損耗越小。 4.4.6 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)格的設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)格的設(shè)計(jì)頂端電極設(shè)計(jì)的表示圖，展現(xiàn)了母柵和子?xùn)诺耐庑螛?gòu)造分布。頂端電極設(shè)計(jì)的表示圖，展現(xiàn)了母柵和子?xùn)诺耐庑螛?gòu)造分布。子?xùn)抛訓(xùn)拍笘拍笘?4.4.

54、6 頂端電極的設(shè)計(jì)頂端電極的設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)格的設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)格的設(shè)計(jì) 對(duì)于硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)根本設(shè)計(jì)，在外表反射、對(duì)于硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)根本設(shè)計(jì)，在外表反射、載流子搜集、載流子復(fù)合和寄生電阻這幾方面進(jìn)展優(yōu)化后，載流子搜集、載流子復(fù)合和寄生電阻這幾方面進(jìn)展優(yōu)化后，轉(zhuǎn)換效率能到達(dá)大約轉(zhuǎn)換效率能到達(dá)大約25%的實(shí)際值。以以下圖是進(jìn)展過(guò)這樣的實(shí)際值。以以下圖是進(jìn)展過(guò)這樣優(yōu)化的太陽(yáng)能電池。優(yōu)化的太陽(yáng)能電池。制絨和鍍減反射膜制絨和鍍減反射膜外表?yè)诫s外表?yè)诫s母柵母柵背電極背電極子?xùn)抛訓(xùn)?4.5.1 太陽(yáng)能電池的構(gòu)造太陽(yáng)能電池的構(gòu)造硅太陽(yáng)能電池的參數(shù)硅太陽(yáng)能電池的參數(shù)根底太陽(yáng)能設(shè)計(jì)方法根底太陽(yáng)能設(shè)計(jì)方法 1.

55、 襯底資料通常為硅襯底資料通常為硅 硅太陽(yáng)能電池能在現(xiàn)代光伏市場(chǎng)占據(jù)統(tǒng)治位置，硅太陽(yáng)能電池能在現(xiàn)代光伏市場(chǎng)占據(jù)統(tǒng)治位置，一部分是得益于硅資料在集成電路產(chǎn)業(yè)的出色表現(xiàn)。一部分是得益于硅資料在集成電路產(chǎn)業(yè)的出色表現(xiàn)。而就像在二極管的制造資料中一樣，硅資料的參數(shù)而就像在二極管的制造資料中一樣，硅資料的參數(shù)并不是最好的。特別是，硅的禁帶寬度對(duì)于最優(yōu)的并不是最好的。特別是，硅的禁帶寬度對(duì)于最優(yōu)的太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，還是略微有點(diǎn)過(guò)低了，由于硅是太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，還是略微有點(diǎn)過(guò)低了，由于硅是直接帶隙半導(dǎo)體，其吸收系數(shù)比較低。雖然低吸收直接帶隙半導(dǎo)體，其吸收系數(shù)比較低。雖然低吸收系數(shù)的問(wèn)題可以經(jīng)過(guò)光圈套來(lái)處理，但是

56、很難把硅系數(shù)的問(wèn)題可以經(jīng)過(guò)光圈套來(lái)處理，但是很難把硅的表層制造地很薄。雖然如此，硅的資源卻非常豐的表層制造地很薄。雖然如此，硅的資源卻非常豐富，它在半導(dǎo)體制造行業(yè)的優(yōu)勢(shì)使得其它資料難以富，它在半導(dǎo)體制造行業(yè)的優(yōu)勢(shì)使得其它資料難以匹敵。匹敵。 4.5.1 太陽(yáng)能電池的構(gòu)造太陽(yáng)能電池的構(gòu)造硅太陽(yáng)能電池的參數(shù)硅太陽(yáng)能電池的參數(shù) 4.5.1 太陽(yáng)能電池的構(gòu)造太陽(yáng)能電池的構(gòu)造硅太陽(yáng)能電池的參數(shù)硅太陽(yáng)能電池的參數(shù)2. 電池厚度電池厚度100-500m 經(jīng)過(guò)優(yōu)化的伴有光圈套和外表鈍化的硅太陽(yáng)能電池，厚經(jīng)過(guò)優(yōu)化的伴有光圈套和外表鈍化的硅太陽(yáng)能電池，厚度大約在度大約在100m。然而，。然而，200-500m的厚度也是很常運(yùn)用到的厚度也是很常運(yùn)用到的，部分緣由是思索到實(shí)踐情況，如外表制造薄層或外表鈍的，部分緣由是思索到實(shí)踐情況，如外表制造薄層或外表鈍化?；?。3